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Note

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Original:: Debugging kernel and modules via gdb
Translator:: 高超 gao chao <gaochao49@huawei.com>

通過gdb調試內核和模塊¶

Kgdb內核調試器、QEMU等虛擬機管理程序或基於JTAG的硬件接口，支持在運行時使用gdb 調試Linux內核及其模塊。Gdb提供了一個強大的python腳本接口，內核也提供了一套輔助腳本以簡化典型的內核調試步驟。本文檔爲如何啓用和使用這些腳本提供了一個簡要的教程。此教程基於QEMU/KVM虛擬機，但文中示例也適用於其他gdb stub。

環境配置要求¶

gdb 7.2+ (推薦版本: 7.4+) 且開啓python支持 (通常發行版上都已支持)

設置¶

創建一個QEMU/KVM的linux虛擬機（詳情請參考 www.linux-kvm.org 和 www.qemu.org ）。對於交叉開發，https://landley.net/aboriginal/bin 提供了一些鏡像和工具鏈，可以幫助搭建交叉開發環境。
編譯內核時開啓CONFIG_GDB_SCRIPTS，關閉CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED。如果架構支持CONFIG_FRAME_POINTER，請保持開啓。
在guest環境上安裝該內核。如有必要，通過在內核command line中添加“nokaslr”來關閉KASLR。此外，QEMU允許通過-kernel、-append、-initrd這些命令行選項直接啓動內核。但這通常僅在不依賴內核模塊時纔有效。有關此模式的更多詳細信息，請參閱QEMU文檔。在這種情況下，如果架構支持KASLR，應該在禁用CONFIG_RANDOMIZE_BASE的情況下構建內核。
啓用QEMU/KVM的gdb stub，可以通過如下方式實現
- 在VM啓動時，通過在QEMU命令行中添加“-s”參數
或
- 在運行時通過從QEMU監視控制檯發送“gdbserver”
切換到/path/to/linux-build(內核源碼編譯)目錄
啓動gdb：gdb vmlinux

注意：某些發行版可能會將gdb腳本的自動加載限制在已知的安全目錄中。如果gdb報告拒絕加載vmlinux-gdb.py（相關命令找不到），請將:
```
add-auto-load-safe-path /path/to/linux-build
```
添加到~/.gdbinit。更多詳細信息，請參閱gdb幫助信息。
連接到已啓動的guest環境:
```
(gdb) target remote :1234
```

使用Linux提供的gdb腳本的示例¶

加載模塊（以及主內核）符號:

(gdb) lx-symbols
loading vmlinux
scanning for modules in /home/user/linux/build
loading @0xffffffffa0020000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_tcpudp.ko
loading @0xffffffffa0016000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_pkttype.ko
loading @0xffffffffa0002000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_limit.ko
loading @0xffffffffa00ca000: /home/user/linux/build/net/packet/af_packet.ko
loading @0xffffffffa003c000: /home/user/linux/build/fs/fuse/fuse.ko
...
loading @0xffffffffa0000000: /home/user/linux/build/drivers/ata/ata_generic.ko

對一些尚未加載的模塊中的函數函數設置斷點，例如:

(gdb) b btrfs_init_sysfs
Function "btrfs_init_sysfs" not defined.
Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y
Breakpoint 1 (btrfs_init_sysfs) pending.

繼續執行:
```
(gdb) c
```

加載模塊並且能觀察到正在加載的符號以及斷點命中:

loading @0xffffffffa0034000: /home/user/linux/build/lib/libcrc32c.ko
loading @0xffffffffa0050000: /home/user/linux/build/lib/lzo/lzo_compress.ko
loading @0xffffffffa006e000: /home/user/linux/build/lib/zlib_deflate/zlib_deflate.ko
loading @0xffffffffa01b1000: /home/user/linux/build/fs/btrfs/btrfs.ko

Breakpoint 1, btrfs_init_sysfs () at /home/user/linux/fs/btrfs/sysfs.c:36
36              btrfs_kset = kset_create_and_add("btrfs", NULL, fs_kobj);

查看內核的日誌緩衝區:

(gdb) lx-dmesg
[     0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset
[     0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
[     0.000000] Linux version 3.8.0-rc4-dbg+ (...
[     0.000000] Command line: root=/dev/sda2 resume=/dev/sda1 vga=0x314
[     0.000000] e820: BIOS-provided physical RAM map:
[     0.000000] BIOS-e820: [mem 0x0000000000000000-0x000000000009fbff] usable
[     0.000000] BIOS-e820: [mem 0x000000000009fc00-0x000000000009ffff] reserved
....

查看當前task struct結構體的字段（僅x86和arm64支持）:

(gdb) p $lx_current().pid
$1 = 4998
(gdb) p $lx_current().comm
$2 = "modprobe\000\000\000\000\000\000\000"

對當前或指定的CPU使用per-cpu函數:

(gdb) p $lx_per_cpu("runqueues").nr_running
$3 = 1
(gdb) p $lx_per_cpu("runqueues", 2).nr_running
$4 = 0

使用container_of查看更多hrtimers信息:

(gdb) set $next = $lx_per_cpu("hrtimer_bases").clock_base[0].active.next
(gdb) p *$container_of($next, "struct hrtimer", "node")
$5 = {
  node = {
    node = {
      __rb_parent_color = 18446612133355256072,
      rb_right = 0x0 <irq_stack_union>,
      rb_left = 0x0 <irq_stack_union>
    },
    expires = {
      tv64 = 1835268000000
    }
  },
  _softexpires = {
    tv64 = 1835268000000
  },
  function = 0xffffffff81078232 <tick_sched_timer>,
  base = 0xffff88003fd0d6f0,
  state = 1,
  start_pid = 0,
  start_site = 0xffffffff81055c1f <hrtimer_start_range_ns+20>,
  start_comm = "swapper/2\000\000\000\000\000\000"
}

命令和輔助調試功能列表¶

命令和輔助調試功能可能會隨着時間的推移而改進，此文顯示的是初始版本的部分示例:

(gdb) apropos lx
function lx_current -- Return current task
function lx_module -- Find module by name and return the module variable
function lx_per_cpu -- Return per-cpu variable
function lx_task_by_pid -- Find Linux task by PID and return the task_struct variable
function lx_thread_info -- Calculate Linux thread_info from task variable
lx-dmesg -- Print Linux kernel log buffer
lx-lsmod -- List currently loaded modules
lx-symbols -- (Re-)load symbols of Linux kernel and currently loaded modules

可以通過“help <command-name>”或“help function <function-name>”命令獲取指定命令或指定調試功能的更多詳細信息。